具有人造SEI层的阳极活性材料颗粒制造技术

技术编号:18466717 阅读:20 留言:0更新日期:2018-07-18 16:23
本发明专利技术涉及制备用于锂电池和/或锂电池组,特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极(100)和/或电解质的方法,和/或制造这种锂电池和/或锂电池组的方法。为了改进锂电池和/或锂电池组的循环稳定性,在该方法中‑将阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)和至少一种可聚合单体(2)混合,并‑借助至少一种聚合引发剂引发所述至少一种可聚合单体(2)的聚合,和/或‑将至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物固定在阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)的表面上,并‑加入至少一种可聚合单体(2),和/或‑使至少一种可聚合单体(2)和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体(2)形成的聚合物与至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物反应,并‑加入阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1),和/或‑为阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)和/或电解质配备至少一种具有至少一个可聚合官能团的冠醚和/或冠醚衍生物和/或配备至少一种包含冠醚和/或冠醚衍生物的聚合物。此外,本发明专利技术涉及阳极活性材料、阳极(100)、电解质和锂电池和/或锂电池组。

Anodic active material particles with artificial SEI layer

The present invention relates to a method for preparing anodic active materials and / or anodes (100) and / or electrolytes for lithium battery and / or lithium battery groups, especially lithium ion batteries and / or lithium ion batteries, and / or a method for manufacturing such a lithium battery and / or lithium battery group. In order to improve the cyclic stability of the lithium battery and / or the lithium battery group, the anode active material particles, especially the silicon particles (1) and at least one polymerizable monomer (2) are mixed in this method, and the polymerization of at least one polymerizable monomer (2) is initiated with at least one polymerizing initiator, and / or at least one kind has to be obtained. A few polymerizable functional groups and / or polymerized silane compounds that trigger functional groups and / or polymerized control groups are fixed on the anodic active material particles, especially on the surface of the silicon particles (1), and are added to at least one polymerizable monomer (2), and / or at least one polymerizable monomer (2) and / or at least one of at least one of them is described at least one. A polymer formed by a polymerizable monomer (2) reacts with at least one silane compound with at least one polymerizable functional group and / or polymerization to initiate functional groups and / or polymerized control functional groups, and joins anodic active material particles, especially silicon particles (1), and / or as anodic active material particles, especially silicon particles (1). And / or electrolytes are equipped with at least one crown ethers and / or Crown Ethers Derivatives with at least one polymerizable functional group and / or at least one polymer containing at least one containing crown ethers and / or crown ethers derivatives. In addition, the present invention relates to anode active material, anode (100), electrolyte and lithium battery and / or lithium battery pack.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有人造SEI层的阳极活性材料颗粒本专利技术涉及制备用于锂电池和/或锂电池组,尤其锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极和/或电解质的方法,和/或制备这种锂电池和/或锂电池组的方法以及阳极活性材料、阳极和电极质以及这种锂电池和/或锂电池组。现有技术目前用于锂离子电池和-电池组的阳极活性材料主要是石墨。但是,石墨只有很小的存储容量。硅作为锂离子电池和-电池组的阳极活性材料,可以提供显著更高的存储容量。然而,硅在循环时发生剧烈的体积变化,这可能导致在硅表面上由电解质分解产物形成的SEI层(SEI,英文:SolidElectrolyteInterphase;固体电解质界面)可能在硅体积增大时撕裂和在硅体积减小时剥落,从而随着每次循环使得电解质与硅表面重新接触并且不断进行SEI形成和电解质分解,这可能导致锂(和电解质)的不可逆损失并且因此显著降低的循环稳定性和容量。文献US2014/0248543A1涉及用于锂离子电池组的纳米结构化硅活性材料。文献US2014/0248543A1涉及具有阳极和电解质的锂离子电池组,其中该阳极具有至少一种活性材料,该电解质包含至少一种液体聚合物溶剂和至少一种聚合物添加剂。文献US2015/0072246A1涉及用于电池组的非水性液体电解液,其可以包含可聚合单体作为添加剂。文献US2010/0273066A1描述了锂-空气-电池组,其具有基于有机溶剂的非水性电解质,其包含锂盐和具有亚烷基的添加剂。文献US2012/0007028A1涉及制备聚合物-硅-复合材料颗粒的方法,其中将用于形成聚合物基质的单体和硅颗粒混合并且使该混合物聚合。文献CN104362300涉及制备用于锂离子电池组的硅-碳-复合材料阳极材料的方法。文献US2014/0342222A1涉及具有硅核和嵌段共聚物壳的颗粒,其中一个嵌段具有对硅相对高的亲和性且一个嵌段具有对硅相对低的亲和性。H.Zhao等在J.PowerSources,263,2014,288-295页中描述了聚合的碳酸亚乙烯酯作为阳极粘合剂在锂离子电池组中的用途。J.-H.Min等在Bull.Korean.Chem.Soc.,2013,第34卷,第4期,1296-1299页中描述了在硅颗粒上形成人造SEI。文献WO2015/107581涉及用于具有非水性电解质的电池组的阳极材料。专利技术公开内容本专利技术的主题是制备用于锂电池和/或锂电池组,尤其锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极和/或电解质的方法,和/或制造电池和/或锂电池组,尤其锂离子电池和/或锂离子电池组的方法。在该方法中,-将阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒和至少一种可聚合单体混合,并借助至少一种聚合引发剂引发所述至少一种可聚合单体的聚合(原位聚合),和/或-将至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物固定在阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒的表面上,并特别是然后加入至少一种可聚合单体,并特别是使其聚合(接枝自(graft-from)-聚合),和/或-使至少一种可聚合单体和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体形成的聚合物与至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物反应,特别是聚合,并且特别是然后加入阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(接枝至(graft-to)-聚合),和/或-为阳极活性材料颗粒,例如硅颗粒和/或石墨颗粒和/或锡颗粒,特别是硅颗粒,和/或电解质,例如阳极电解液配备至少一种特别是具有至少一个可聚合官能团的冠醚和/或冠醚衍生物,和/或配备至少一种包含冠醚和/或冠醚衍生物的聚合物,特别是使它们反应或将它们混合(versetzt)(冠醚-聚合)。特别地,所述至少一种冠醚和/或至少一种冠醚衍生物可以在此聚合,和/或所述至少一种包含冠醚和/或冠醚衍生物的聚合物通过所述至少一种冠醚和/或冠醚衍生物的聚合形成。任选地,可以在此为所述阳极活性材料颗粒和/或电解质(进一步)配备至少一种(其它)可聚合单体和/或配备至少一种通过所述至少一种冠醚和/或冠醚衍生物和至少一种(其它)可聚合单体的聚合而形成的聚合物,特别是使其反应或将它们混合,例如其中所述至少一种冠醚和/或所述至少一种冠醚衍生物和至少一种(其它)可聚合单体特别地(共)聚合,和/或所述至少一种包含冠醚和/或冠醚衍生物的聚合物通过所述至少一种冠醚和/或冠醚衍生物和所述至少一种(其它)可聚合单体的(共)聚合而形成。例如,所述阳极活性材料颗粒,例如硅颗粒和/或石墨颗粒和/或锡颗粒,特别是硅颗粒可以配备有,特别是涂覆有至少一种聚合物,其由至少一种具有至少一个可聚合官能团的冠醚和/或冠醚衍生物,特别是通过该至少一种冠醚和/或冠醚衍生物的聚合而形成,和/或可以向所述电解质,例如阳极电解液添加至少一种具有至少一个可聚合官能团的冠醚和/或冠醚衍生物,特别是所述至少一种冠醚和/或冠醚衍生物,特别是将它们混合。例如在此,所述阳极活性材料颗粒可以涂覆有至少一种通过所述至少一种冠醚和/或冠醚衍生物和至少一种(其它)可聚合单体的(共)聚合而形成的(共)聚合物,和/或向所述电解质添加所述至少一种冠醚和/或冠醚衍生物和添加至少一种(其它)可聚合单体,特别是将它们混合。阳极活性材料颗粒尤其可以理解为包含至少一种阳极活性材料的颗粒。所述阳极活性材料颗粒例如可以包括或是硅颗粒和/或石墨颗粒和/或锡颗粒。硅颗粒尤其可以理解为包含硅的颗粒。举例来说,硅颗粒可以理解为含有硅的颗粒。因此,硅颗粒尤其也可以理解为硅基颗粒。例如,硅颗粒尤其可以包含纯的或单质的硅,例如多孔硅,例如纳米多孔硅(其例如具有在纳米范围内的孔尺寸),和/或纳米硅(其例如具有在纳米范围内的颗粒尺寸),和/或硅-合金基质或硅-合金(例如其中硅嵌入活性和/或非活性的基质中),和/或硅-碳复合材料和/或氧化硅(SiOx),或由其形成。例如,所述硅颗粒可以由特别是纯的或单质的硅形成。石墨颗粒尤其可以理解为包含石墨的颗粒。锡颗粒尤其可以理解为包含锡的颗粒。特别地,所述阳极活性材料颗粒可以包括或者是硅颗粒。所述电解质可以特别是阳极电解液。阳极电解液可以特别是被理解为用于阳极的电解质。以此方式可以有利地在颗粒,特别是硅颗粒上形成柔性聚合物保护层形式的人造SEI层,其特别是具有改进的粘附和/或尤其选择性的离子可传导性,例如锂离子可传导性。通过该柔性聚合物层形式的人造SEI层,此时可以有利地防止电解质分解和连续SEI形成,因为该柔性聚合物保护层在阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒在循环过程中的体积变化时一起参与,例如塑性拉伸和/或挤压,可同时不被破坏,并因此可以使所述颗粒,特别是硅颗粒钝化并保护免于颗粒表面,尤其硅颗粒表面与电解质的反应。这样又可以有利地提高配备有该阳极活性材料的锂电池和/或锂电池组(例如锂离子电池和/或锂离子电池组的形式)的循环稳定性(英文:CoulombicEfficiency(库仑效率))。借助所述至少一种聚合引发剂,在此可以有利地和有针对性地引发聚合,并且使得阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒有利地和有针对性地配备有,特别是涂覆有通过所述聚合形成的聚合物。通过例如碳酸亚乙烯酯(VC)和/或碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制备用于锂电池和/或锂电池组,特别是用于锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极(100、100'、100''、100''')和/或电解质的方法,和/或制造锂电池和/或锂电池组,特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的方法,其中‑ 将阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)和至少一种可聚合单体(2)混合,并‑ 借助至少一种聚合引发剂(3)引发所述至少一种可聚合单体(2)的聚合,和/或其中‑ 将至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物(2*)固定在阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)的表面上,并‑ 加入至少一种可聚合单体(2),和/或其中‑ 使至少一种可聚合单体(2)和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体(2)形成的聚合物与至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物(2*)反应,并‑ 加入阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1),和/或其中为阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)和/或电解质配备至少一种具有至少一个可聚合官能团的冠醚和/或冠醚衍生物和/或配备至少一种包含冠醚和/或冠醚衍生物的聚合物,特别是使它们反应或将它们混合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.04 DE 102015224373.71.制备用于锂电池和/或锂电池组,特别是用于锂离子电池和/或锂离子电池组的阳极活性材料和/或阳极(100、100'、100''、100''')和/或电解质的方法,和/或制造锂电池和/或锂电池组,特别是锂离子电池和/或锂离子电池组的方法,其中-将阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)和至少一种可聚合单体(2)混合,并-借助至少一种聚合引发剂(3)引发所述至少一种可聚合单体(2)的聚合,和/或其中-将至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物(2*)固定在阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)的表面上,并-加入至少一种可聚合单体(2),和/或其中-使至少一种可聚合单体(2)和/或至少一种由所述至少一种可聚合单体(2)形成的聚合物与至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物(2*)反应,并-加入阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1),和/或其中为阳极活性材料颗粒,特别是硅颗粒(1)和/或电解质配备至少一种具有至少一个可聚合官能团的冠醚和/或冠醚衍生物和/或配备至少一种包含冠醚和/或冠醚衍生物的聚合物,特别是使它们反应或将它们混合。2.根据权利要求1所述的方法,其中使用至少两种可聚合单体(2)和/或由至少两种可聚合单体(2)形成的共聚物。3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)包含至少一个可聚合双键,特别是至少一个碳-碳双键,和/或至少一个羟基。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)包括:-至少一种可聚合的羧酸,和/或-至少一种可聚合的羧酸衍生物,特别是-至少可聚合的有机碳酸酯和/或酸酐,和/或-至少一种羧酸酯,和/或-至少一种羧酸腈,和/或-至少一种醚,特别是至少一种冠醚和/或至少一种冠醚衍生物和/或至少一种乙烯基醚,和/或-至少一种不饱和烃,特别是脂族或芳族的不饱和烃。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)还包含至少一个非氟化氧化烯基团和/或至少一个氟化氧化烯基团和/或至少一个氟化烷氧基和/或至少一个氟化烷基和/或至少一个氟化苯基。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)包括或是丙烯酸和/或甲基丙烯酸和/或碳酸亚乙烯酯和/或碳酸乙烯亚乙酯和/或马来酸酐和/或聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸甲酯和/或乙酸乙烯酯和/或丙烯腈和/或具有至少一个可聚合官能团,特别是具有至少一个可聚合双键,和/或具有至少一个羟基的至少一种冠醚和/或至少一种冠醚衍生物,和/或三氟乙烯基醚和/或1,1-二氟乙烯和/或六氟丙烯和/或3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己烯和/或2,3,4,5,6-五氟苯基乙烯和/或4-(三氟甲基)苯基乙烯和/或苯乙烯和/或它们的衍生物。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)包括至少一种可聚合羧酸和/或至少一种可聚合羧酸-衍生物。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)包括至少一种可聚合有机碳酸酯和/或酸酐。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2),特别是所述至少两种可聚合单体(2)包括碳酸亚乙烯酯和/或碳酸乙烯亚乙酯和/或马来酸酐和/或它们的衍生物。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述阳极活性材料颗粒(1)包括或是硅颗粒和/或石墨颗粒和/或锡颗粒,特别是硅颗粒。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中所述至少一种可聚合单体(2)可通过活性自由基聚合进行聚合,并且所述至少一种可聚合单体(2)的活性自由基聚合借助用于引发活性自由基聚合的至少一种聚合引发剂(3)而引发。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法,其中所述聚合是原子转移活性自由基聚合,其中所述至少一种可聚合单体(2)可通过原子转移活性自由基聚合进行聚合,并且其中所述至少一种聚合引发剂(3)设置用于引发原子转移活性自由基聚合,或其中所述聚合是稳定自由基聚合,特别是氮氧化物介导的聚合,其中所述至少一种可聚合单体(2)可通过稳定自由基聚合,特别是通过氮氧化物介导的聚合进行聚合,且其中所述至少一种聚合引发剂(3)设置用于引发稳定自由基聚合,特别是用于引发氮氧化物介导的聚合,或其中所述聚合是可逆加成断裂链转移聚合,其中所述至少一种可聚合单体(2)可通过可逆加成断裂链转移聚合进行聚合,且其中所述至少一种聚合引发剂(3)设置用于引发可逆加成断裂链转移聚合。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法,其中所述至少一种聚合引发剂(3)与至少一种催化剂组合使用,特别是其中所述至少一种聚合引发剂(3)包括烷基卤化物,且其中所述至少一种催化剂包含过渡金属卤化物和至少一种配体,特别是氮配体,或由其形成,或其中所述至少一种聚合引发剂(3)与至少一种聚合控制剂组合使用,特别是其中所述至少一种聚合控制剂包括至少一种氮氧化物基的介体或至少一种硫代化合物,且其中所述至少一种聚合引发剂(3)是自由基引发剂。14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法,其中使用至少一种具有至少一个可聚合官能团和/或聚合引发官能团和/或聚合控制官能团的硅烷化合物(2*),特别是其中所述至少一种聚合引发剂(3)包括或是至少一种具有至少一个聚合引发官能团的硅烷化合物(2*)。15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法,其中所述至少一种硅烷化合物(2*)的至少一个可聚合官能团可通过自由基聚合,特别是通过活性自由基聚合,例如通过原子转移活性自由基聚合或通过稳定自由基聚合,例如通过氮氧化物介导的聚合,或通过可逆加成断裂链转移聚合进行聚合,和/或其中所述至少一种硅烷化合物(2*)的至少一个聚合引发官能团设置用于引发自由基聚合,特别是用于引发活性自由基聚合,例如用于引发原子转移活性自由基聚合,和/或其中所述至少一种硅烷化合物(2*)的至少一个聚合控制官能团设置用于控制活性自由基聚合,特别是用于控制稳定自由基聚合,例如用于控制氮氧化物介导的聚合,和/或用于控制可逆加成断裂链转移聚合。16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法,其中所述至少一种硅烷化合物(2*)的至少一个可聚合官能团包含至少一个可聚合双键,特别是至少一个碳-碳双键。17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法,其中所述至少一种硅烷化合物(2*)的至少一个聚合引发官能团与至少一种催化剂组合使用,特别地其中所述至少一种硅烷化合物(2*)的至少一个聚合引发官能团包含被至少一个卤素原子,特别是溴或氯取代的烷基,且其中所述至少一种催化剂包含过渡金属卤化物和至少一种配体,特别是氮配体,或者由其形成。18.根据权利要求1至17中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员:A贡泽W艾歇勒
申请(专利权)人:罗伯特·博世有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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